淺談高速公路橋梁改路基的優(yōu)化設計

孫來超，鄧 偉

(中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530000)

0 引言

丘陵區(qū)高速公路設計中，路線在跨越自然溝谷時，一般認為當路基中心填方高度超過20 m時，宜和橋梁做方案經(jīng)濟比選。但在項目設計階段，由于設計周期短，地勘時間緊迫，對路線和方案論證不是非常充分，普遍認為橋梁跨越方案安全省事、節(jié)約用地，就直接選擇橋梁方案。實際上，當?shù)刭|(zhì)情況較好時，雖填方高度超過20 m，但整體地形較為寬緩，標段內(nèi)路基和隧道棄方多，采取高填路基方案可能比橋梁方案更經(jīng)濟。

重慶九(九龍坡)永(永川)高速公路JY1合同段在建設過程中，由于位于江津區(qū)雙福新區(qū)，土地已規(guī)劃完畢，附近無棄土場，而縉云山隧道的路基挖方廢方較多，造成了施工棄土困難，費用虛高。經(jīng)過對地質(zhì)、水文、政府規(guī)劃、地方交通以及工程質(zhì)量、環(huán)保、經(jīng)濟等多方面因素分析和探討，最終決定冒水湖大橋保留第一跨現(xiàn)澆箱梁上跨規(guī)劃道路，其余14×30 m先簡支后連續(xù)T梁橋橋改路優(yōu)化設計，以消化棄方，節(jié)約成本。

1 工程概況及地質(zhì)水文條件

1.1 原設計工程概況

冒水湖大橋位于九永高速主線，橋平面位于緩和曲線R=5 034.355 m左偏圓曲線上，縱斷面縱坡+0.8%，橋起訖里程樁號：ZK4+114.66～ZK4+587.74，中心樁號ZK4+352.7，橋梁全長473 m。橋梁上部結(jié)構(gòu)布置為1×40 m連續(xù)箱梁(跨越規(guī)劃道路)+14×30 m先簡支后連續(xù)T梁(跨越水庫下游溝谷)，下部結(jié)構(gòu)橋臺采用重力式U型橋臺，橋墩采用實體雙柱式圓墩，樁基礎、墩臺徑向布置，如圖1所示。

圖1 冒水湖大橋原設計平面圖

1.2 地形地質(zhì)條件

橋位區(qū)屬構(gòu)造剝蝕丘陵淺丘地貌單元，線路區(qū)橫跨鄉(xiāng)村道路及農(nóng)田，地形整體呈現(xiàn)寬緩的“U”形谷，兩側(cè)地形向中間傾斜，橫向地形坡度為3°～8°，縱向地形坡度為10°～20°，地質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)殘坡積層粉質(zhì)黏土、侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組、新田溝組和中下統(tǒng)自流井組地層，主要巖性為泥巖及砂巖、頁巖。粉質(zhì)黏土，水田表面0.8～2.5 m呈軟塑狀，下部及其他地段呈可塑狀，總厚約0.5～6.1 m。巖層呈單斜狀產(chǎn)出，巖層產(chǎn)狀91°(53°～55°)，中～厚層狀構(gòu)造，中風化層主要發(fā)育兩組裂隙，裂隙結(jié)合程度一般，巖體較完整，無軟弱夾層，屬層狀～塊狀結(jié)構(gòu)巖體。

1.3 水文條件

橋區(qū)位于冒水湖水庫下游，水庫為附近最大水體，距離橋位區(qū)約180 m，水庫水位四季較穩(wěn)定，勘查時期水位366.5 m，最高水位377.6 m，壩頂高程為378 m，受大氣降雨補給，每年插秧季節(jié)放水用作農(nóng)田灌溉，有專用泄洪通道。部分水流從橋下水溝流過，對橋梁影響小。

2 優(yōu)化設計的原因

冒水湖大橋路線從雙福新區(qū)通過，上跨規(guī)劃道路，小樁號方向與三界互通相接，大樁號方向接主線ZK4+630～ZK4+915段深挖路塹及縉云山隧道。按照原橋梁方案施工存在以下問題：

(1)三界互通至隧道段廢方量大，需大面積的臨時用地作為棄土場堆放廢方，根據(jù)設計棄土場規(guī)劃實際調(diào)查，江津段3#、4#棄土場均已規(guī)劃為康居開發(fā)用地無法使用，僅2#棄土場能容納30萬m3棄方。以致存在94.9萬m3廢方無法消化，棄土困難。

(2)雙福新區(qū)土地已規(guī)劃完畢，附近無棄土場，臨時征地困難，費用高。按臨時用地6萬元/畝折算，棄土場費用約為6元/m3，棄方70萬m3×6元/m3=420萬元。

(3)江津區(qū)政府規(guī)劃的公用棄土場離主線隧道口距離12.3 km，運距長，機械需求量多，超運距費約為1元/km*m3，以此計算，超運距費=棄方70萬m3×10元/m3=700萬元。且公用棄土場正在使用，即將棄滿。

基于以上施工困難，該合同段提出將橋梁取消，改為路基方案通過，可很好地解決上述問題，經(jīng)過多次研究和反復論證，監(jiān)理、設計、業(yè)主等單位一致通過并推行此橋改路方案，最終確定了冒水湖大橋“橋改路”的優(yōu)化設計。

3 橋改路方案可行性分析

(1)路基方案可消耗70萬m3的廢方，減少臨時用地，降低臨時用地的征地難度及費用。

(2)根據(jù)實地考察，冒水湖大橋橋改路符合當?shù)卣?guī)劃，完全能夠滿足當?shù)鼐用竦慕煌ㄐ枨蟆?/p>

①避免影響雙福新區(qū)的規(guī)劃，將跨越冒水湖下游溝谷段改為路基，設置起點處跨規(guī)劃道路橋梁(1×40 m箱梁)，橋梁長56 m。

②路線于K4+505處設置(2×4×4)m鋼筋混凝土拱涵排水，涵洞長136 m，同時于K4+545處設置(1×4×4)m箱型人行通道供兩側(cè)居民通行。

(3)冒水湖大橋橋下地形整體呈現(xiàn)寬緩的“U”形谷，原地貌相對平緩，兩側(cè)地形向中間傾斜，適宜填筑路基。路基填筑最大填土高度為29.07 m，沉降問題為橋改路方案的控制因素。為防止高填方頂部差異沉降，可采取多種路基處理措施來降低，再加上鋪筑路面前預留足夠的沉降期，即可解決沉降的難題。

(4)環(huán)保性：橋改路后能產(chǎn)生一定的環(huán)保效益，有利于節(jié)能減排理念的落實，減少了臨時用地數(shù)量堆放棄土，保護了林地和耕地，節(jié)約了土地資源并保護了生態(tài)環(huán)境。

(5)路基方案便于施工組織，降低施工難度。

(6)棄方運距短，隧道洞渣利用率高，有利于提高隧道施工進度，減少隧道出渣設備的投入；機械費用低，可減少工程投資。

綜上所述，冒水湖大橋橋改路方案完全具備可行性。

4 橋改路變更方案

(1)路基方案將跨越冒水湖下游溝谷段改為路基，設置起點處跨規(guī)劃道路橋梁(1×40 m箱梁)，橋梁長56 m，同時于K4+505處設置(2×4×4)m鋼筋混凝土拱涵排水，涵洞長136 m，于K4+545處設置(1×4×4)m箱型人行通道供兩側(cè)居民通行，填方量70.5萬m3，挖方量0.32萬m3，永久占地80.3畝，如圖2所示。

圖2 橋改路變更設計平面圖

(2)填筑方式及防護形式：路基采用整體式土石混填。對橫坡陡于1∶5的路段須挖臺階處治。邊坡采用折線形，第1～3級邊坡分別采用1∶1.5、1∶1.75、1∶2.0分別高度8 m、10 m、10 m，邊坡平臺寬2.0 m，第1～2級邊坡采用漿砌拱形骨架防護，3級邊坡左側(cè)采用坡面碼砌片石外側(cè)漿砌拱形骨架防護(碼砌厚度≥2 m)，3級邊坡右側(cè)采用坡面碼砌片石外側(cè)實體坡面防護，阻擋水流對路基的影響，增加路基穩(wěn)定性。

(3)降低沉降措施

沉降問題為橋改路方案的控制因素，為保證橋梁改為路基后其功能性和結(jié)構(gòu)安全性，降低沉降，采取如下工程處理措施：

①挖淤換填：當軟基厚度≤3 m時(地勘資料表明軟基平均≤3 m)，挖除路基基底范圍內(nèi)淤泥、軟土或者強風化泥巖層，并用片石或挖方中硬質(zhì)石料分層填筑。

②拋石強夯：二級平臺高度以下采用填石路堤，填石空隙內(nèi)灌入石渣、石屑等，使空隙填滿，并敲掉銳角突出部分、找平，保持碾壓面平整、分層重夯。

③高填路堤加固處理：路床頂面下鋪三層雙向鋼塑土工格柵，并采用重錘補強，對現(xiàn)場不允許采用補強方式的高路堤，可采用沖擊碾壓補強。提高路基密實度和承載力，增強路床的整體性和均衡性。

④鋪筑路面前預留足夠的沉降期。

(4)排水系統(tǒng)

①路基于K4+505處設置2×4×4 m過水拱涵進行排水，排水通暢。

②路線左側(cè)平臺上分別設置10道急流槽和10處集水井，路線左右側(cè)設置70×70 cmⅠ型排水溝，右側(cè)排水溝下設80×80 cm盲溝，攔截水流對路基的影響，匯集水流入涵洞排出路基外。

5 經(jīng)濟效益

表1 變更前后費用比較表 (萬元)

由表1可知冒水湖大橋橋改路后，可節(jié)約費用1 661.02萬元。

6 結(jié)語

橋改路是公路建設中較為常見的一種設計變更。簡化了施工，縮短了棄土運距，節(jié)省了工程投資，在保證公路工程施工質(zhì)量的前提下，不僅提高了效率，而且還節(jié)約了臨時用地，降低了臨時用地的征地難度和費用，解決了周邊沒有棄土場的難題，因此，冒水湖大橋橋梁改路基的優(yōu)化方案取得了良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

[1]陸偉平.“橋改路”的技術比較及其他[J].建材與裝飾(上旬刊)，2011(6)：398-399.

[2]鄭 熙，杜孟蕓.高速公路橋梁改路基優(yōu)化設計實例分析與評價[J].公路交通技術，2015(4)：18-21.